Лев Абрамович Гильберг - Ракеты и ракетные двигатели

поэтому воздушно-реактивные двигатели за
5

каждую секунду работы расходуют гораздо меньше запасен­
ного на борту топлива на каждый килограмм тяги двигателя
(эта величина называется удельным расходом топлива) - 'Ведь
они расходуют только горючее, а кислород для -его окисления,
как мы уже знаем, поступает из окружающего воздуха. Очень
высокий удельный расход топлива химических ракетных дви­
гателей предопределяет кратковременность их работы. Для
сколько-нибудь Длительной работы ракетного двигателя не­
возможно запасти топливо на борту ракеты. Далеко не все
читатели, вероятно, представляют гебе, что маршевый ракет­
ный двигатель лунного космического корабля «Аполлон»
рассчитан на работу в течение 750 секунд, т. е. всего 12,5 ми­
нуты! Время работы жидкостных ракетных двигателей не пре­
вышает обычно 16—17 минут, а двигатели твердого топлива
работают, как правило, и того меньше —до 2,5 минуты!
И вот за эти-то короткие мгновения химический ракетный
двигатель разгоняет огромную многотонную ракету до чудо­
вищных скоростей. Ведь для вывода искусственного спутника
Земли на орбиту ракета должна превысить первую космиче­
скую скорость, которая у поверхности Земли составляет
7900 метров в секунду, т. е. больше 28 тысяч километров в
час! В 12 раз больше скорости полета сверхзвукового само­
лета Ту-144! А ведь еще необходим определенный запас ско­
рости, чтобы преодолеть сопротивление атмосферы и достичь
заданной высоты. Для полетов на Луну, Марс, Венеру нужна
еще значительно большая скорость, которая превышала бы
вторую космическую (11 190 метров в секунду у поверхности
Земли).
■
/.
Для получения высоких гиперзвуковых (больших сверх­
звуковых) и космических скоростей нужны двигатели’, раз­
вивающие большую сиду тяги, т. е. силу, толкающую ракету.
В этом отношении химические ракетные двигатели вне кон­
куренции. Так, тяга одного из пяти жидкостных ракетных
двигателей, установленных на первой ступени ракеты-носите­
ля «Сатурн-5», с помощью которой запускаются к Луне кос­
мические корабли «Аполлон», составляет 690 тонн; вы­
пускаются ракетные двигатели твердого топлива, имеющие
тягу более 1000 тонн каждый.
Маряду с наличием всех компонентов топлива — рабочего
тела на борту ракеты большая сила тяги химических ракет­
ных двигателей — важнейшее условие, которое делает их при­
годными для полетов в космос.
Благодаря чему получают в ракетных двигателях большую
тягу?
Как мы уже говорили, движение ракеты возникает при
отбрасывании рабочего вещества. Далеко не безразлично, с
какой скоростью истекает из сопла реактивного двигателя
рабочее тело. Физический закон сохранения количества дви­
6

жения говорит о том, что количество движения ракеты (про­
изведение ее массы на скорость, с которой она летит) 'будет
равно количеству движения рабочего тела. Значит, чем боль­
ше масса выбрасываемых из сопла газов и скорость их исте­
чения, тем больше тяга двигателя, тем большую • скорость
можно придать ракете, тем больше может быть ее масса и по­
лезная нагрузка.
В большом ракетном двигателе за несколько минут рабо­
ты перерабатывается и с большой скоростью выбрасывается
из сопла огромное количество топлива — рабочего тела.
Чтобы увеличить скорость и массу ракеты, кроме разделения
ее на ступени, есть только один способ—увеличение тяги
двигателей. А повысить тя(у, не увеличивая расхода топлива,
можно только наращивая скорость истечения тазов из сопла.
Существует в ракетной технике понятие удельной тяги ра­
кетного двигателя. Удельная тяга — это тяга, получаемая в
двигателе при расходе 1 кг топлива за 1 секунду.
Удельной тяге идентичен удельный импульс — импульс,
развиваемый ракетным двигателем на каждый килограмм
расходуемого-топлива (рабочего тела). Удельный импульс
определяется отношением тяги двигателя к массе топлива,
расходуемого за 1 секунду. Удельный импульс— наиболее
важная характеристика ракетного двигателя.
Удельный импульс двигателя (пропорционален скорости
истечения газов из сопла. Увеличение скорости истечения поз­
воляет снизить расход топлива на 1 кг тяги, развиваемой
двигателем. Чем больше удельная тяга, чем больше скорость
истечения рабочего тела, тем экономичнее двигатель, тем
меньше топлива нужно ракете для совершения одного и того --">